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    低溫磷酸3.2V 20Ah
    低溫18650 3350mAh
    低溫26650 3300mAh
    20年專注鋰電池定制

    低速電動汽車安全布置鋰電池組 必須考慮的關鍵點有什么?

    环彩网LARGE  |  點擊量:28次  |  2022年07月26日  

    摘要
    對于低速電動車行業來講,雖然最終的具體標準條款還處于激烈的爭議之中,但是2017年將成為低速電動車的標準元年,應該是沒有什么疑問的。應對這一事實,低速電動車廠家除了要積極爭取表達意見立場

    有關低速電動汽車行業來講,雖然最終的具體標準條款還處于激烈的爭議之中,但是2017年將成為低速電動汽車的標準元年,應該是沒有什么疑問的。


    應對這一事實,低速電動汽車廠商除了要積極爭取表達意見立場之外,更重要的是要針對標準可能的條款要求,組織研究,制定和調整下一步的环彩网平臺方向和技術要求,做到提前布局、有備無患。


    標準草案中有兩條主線,即"符合安全要求"和"使用鋰電池"。本文重要結合純電動汽車的技術特點,分析為了達到安全要求,低速電動汽車的車身及動力鋰電池布置要重點考慮的技術問題。


    背景

    低溫磷酸鐵鋰電池3.2V 20A
    -20℃充電,-40℃ 3C放電容量≥70%

    充電溫度:-20~45℃
    -放電溫度:-40~+55℃
    -40℃支持最大放電倍率:3C
    -40℃ 3C放電容量保持率≥70%

    純電動汽車的安全系統要求涉及碰撞安全、電氣安全、功能安全以及維修安全等,安全體系組成如下圖所示:


    此前的低速電動汽車標準草案中對碰撞安全的要求是:


    1)車輛以40km/h速度(汽車為48km/h),按照GB/T31498進行正面碰撞試驗,碰撞結果滿足GB/T31498和GB11551的規定。


    2)車輛按照GB/T31498進行側面側碰,碰撞結果滿足GBT31498和GB20071的規定。


    為此,要保證動力鋰電池組及相關電氣件能達到碰撞后的安全要求,要重點從以下三個方面進行討論分析:

    低溫高能量密度18650 3350mAh
    -40℃ 0.5C放電容量≥60%

    充電溫度:0~45℃
    放電溫度:-40~+55℃
    比能量:240Wh/kg
    -40℃放電容量保持率:0.5C放電容量≥60%

    1.承載動力總成、動力蓄電池組的車身總成;


    2.動力總成、動力蓄電池組在車身總成中的安裝部位;


    3.動力蓄電池組自身的總成結構形式。


    另外,接觸保護以及最大程度地降低二次事故的發生也是低速電動汽車安全標準必須考量的因素。


    關鍵點一:對動力鋰電池組形成多重防護的車身結構


    任何種類的現代汽車都是由動力總成、底盤、車身和車載網絡四大總成組成,其中車身總成的結構形式,車身結構對車輛安全性和空車品質至關重要。


    目前大部分低速電動汽車廠商采用的都是傳統的汽車結構,比如在市場上常見的"奔奔款"車型,就是在燃油款奔奔車身結構上進行更改而成的。


    典型的使用鉛酸電池的低速電動汽車的車身結構圖如下:


    由于傳統汽車結構的限制,在其基礎上改裝而成的低速電動汽車的總成或整體、或被分割成多塊放在車的前倉、座椅下、后備胎倉等位置,對整體結構有破壞性。


    表1低速電動汽車車身結構特點(整車)


    目前來講,重要的變化是低速電動汽車前艙內部布置部件的變化,相有關傳統車身,動力總成所占用的空間較小,造成碰撞中假人胸部傷害指標較大。為保證碰撞安全效果,可以考慮加大變形吸能區的車輛吸能強度。


    由于純電動汽車的被動安全性在很大程度上取決于對動力蓄電池組的防護程度,因此純電動汽車的車身除了要對乘坐人員進行安全性保護外,更為重要的是對動力蓄電池組進行防護。


    長遠來講,要持續性的保證低速電動汽車研發和技術產業化,很有必要進行全新平臺的開發和整車結構的重新設計,用于保障整車安全性的要求。為了最大限度地防止車輛在碰撞時對動力鋰電池組造成損傷,在設計、開發純電動汽車的車身時最好采用多重防護結構。下圖為日產Leaf的多重車身防護結構:


    關鍵點二:動力總成及動力蓄電池的布置形式


    1.動力蓄電池布置在整車安全性最高的部位


    蓄電池組安裝的最安全部位在車架的兩縱梁之間和后橋之前、前橋之后,在很大程度上可減輕或防止來自前、后、左和右方的碰撞造成的損傷。


    比如FSV車的蓄電池組最初設計呈T字形,配置于后橋上在2個車輪之間和排氣管通道之間。后經仿真碰撞試驗證明電池組在碰撞時可能受損,于是將其改為I字形,置于排氣管通道位置。從而滿足了車架的"兩縱梁之間和后橋之前、前橋之后"的要求,如下圖所示。


    日產Leaf車的總體布置同樣遵守了"蓄電池組安裝在車架的兩縱梁之間和后橋之前、前橋之后"這一原則,如下圖所示。


    假如發生后撞,那么最先遭受撞擊的是后保險杠-車架-備胎,其次是帶車輪的后橋,沖擊能量遭到很大削減后,才會傳到蓄電池組。


    2.動力總成布置在有剛性骨架結構保護的位置


    動力總成在車身中的安裝部位和安裝形式的最佳化,有關整車性能,特別是安全性具有要意義。比如日產Leaf車的E動力總成(包括驅動電機+5CVT金屬帶式無級變速器+蓄電池組管理系統BMS+高壓絕緣屏蔽電力線束/電纜)就安裝在一個副車架上,帶鋁合金壓鑄件外殼的逆變器則安裝在驅動電機上方的骨架上,因而得到可靠防護。如下圖所示:


    3.動力鋰電池放置位置最好和乘員艙隔離


    乘客座艙最好和動力蓄電池組以鋼板分離,這樣可以更好的確保發生碰撞時乘客座艙內的乘員不和高壓電力系統(包括動力蓄電池組)接觸。日產Leaf就是把所有高壓電力系統及系統中的各高壓電部件均布置于車身底板下,同時保證當發生碰撞時,高壓電力線束不被夾住。如下圖所示:


    關鍵點三:動力鋰電池的總成形式


    動力蓄電池組就相當于傳統內燃機汽車中的燃料,燃料要容器——燃油箱,那么動力蓄電池組也同樣要容器。在傳統汽車的總布置設計中,燃油箱在車身中的安裝是有嚴格要求的:不論遭受來自哪個方向的撞擊,只允許燃油箱旋轉,絕不允許燃油箱變形。這一要求同樣也適于純電動汽車的動力蓄電池組總成(含動力蓄電池組Pack+動力蓄電池組支架+動力蓄電池組管理系統BMS+封裝動力蓄電池組容器)。


    日產leaf動力蓄電池組總成容器外形及結構如下圖所示:


    Leaf車的動力蓄電池組及電力主線束和BMS電池組管理系統均安裝在具有水密性的由鋼板沖壓制成的"蓄電池組容器"中,不僅能確保車輛發生碰撞時,動力蓄電池組、電力主線束和BMS系統不受損傷,而且可確保雨天行駛和一定深度的淺涉水行駛的安全性。


    關鍵點四:接觸保護及其他


    1.直接接觸保護


    乘員直接觸及蓄電池組和其他高壓電力系統的部件(包括DC/DC升壓器、DC/AC逆變器、主線束/高壓絕緣屏蔽電力電纜以及插接件)會導致觸電,因此它們均需具有保護外套/障壁(包括橡膠絕緣、金屬網屏障及塑料封閉外殼等)防護,防止乘員直接觸及。最為重要的是上述保護裝置不得在未使用工具的情況下被打開、拆開或移除。下圖為聆風的維修插頭設置:


    2.防止碰撞二次事故的建議


    使用鋰電池的低速電動汽車和純電動汽車相同,在碰撞后存在如下幾點電氣安全隱患,容易造成二次事故:電力系統的各部件高壓絕緣防護罩、絕緣護套損壞,引起漏電使乘員直接或間接觸電;動力蓄電池組碰傷或損壞,造成電池組內部短路或漏液而過熱、發煙、失火,或是由于過充電造成過熱,而發煙、著火。


    從實際的碰撞試驗結果分析來看,對低速電動汽車可供應以下布置建議:


    (1)動力鋰電池箱盡可能布置在車輛碰撞的非變形吸能區域內,特別是容易出現爆炸、起火的鋰電池,防止在碰撞中發生擠壓變形。


    (2)動力鋰電池箱的固定方式盡量采用和車身縱梁等穩固件連接,單體電池可以采用獨立穩定的整體框架式結構進行固定。


    (3)線路的布置應盡量和車身非變形結構相連,同時加強髙壓線的絕緣保護。

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